Physikalische Chemie 1 Struktur und Materie Wintersemester 2016/17
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- Minna Schenck
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1 Physikalische Chemie 1 Struktur und Materie Wintersemester 2016/17 Vorlesung: Hörsaal Daran anschließend Physikalische Chemie 2 (Prof. Falcaro, TU): Materie im elektr./magn. Feld, Wechselwirkungen, Dynamik, Transport, statistische Thermodynamik Prüfung: erster Termin am Semesterende, zweiter Termin Februar/März 2017 Kontakt: Univ. Prof. Dr. Leonhard Grill Abteilung Physikalische und Theoretische Chemie Universität Graz, Heinrichstrasse 28, 5. OG leonhard.grill@uni-graz.at Sprechstunde nach Bedarf (per kontaktieren) Sekretariat (für alle Prüfungsangelegenheiten!): Frau Kogler Abteilung Physikalische und Theoretische Chemie Heinrichstrasse 28, 4. OG
2 Inhalt 1. Festkörper 1.1 Kristalle (Einkristall, entropische Betrachtung) 1.2 Kristallstrukturen (Miller sche Indizes, Elementarzellen, Bravaisgitter) 1.3 Dichte Kugelpackungen (hexagonal und kubisch dichtgepackt) 1.4 Kristallsymmetrien (Drehachsen, Quasikristalle) 1.5 Beugung am Kristallgitter (Bragg sches Gesetz, Abstand der Gitterebenen) 1.6 Reziprokes Gitter (Bezug zum realen Gitter, Laue Gleichungen) 1.7 Streufaktor und Strukturfaktor (systematische Auslöschungen, Fouriersynthese) 1.8 Röntgenbeugung in der Chemie (DNA Beugungsmuster) 1.9 Beugung mit Teilchen (Einfluss der Masse, Neutronenbeugung) 1.10 Festkörperklassen (Radienverhältnisregel, sp 2 und sp 3 Hybridisierung) 1.11 Elektronische Eigenschaften (Drude Modell, Fermi-Dirac Verteilung, Bänder) 1.12 Elektrische Leitung in Festkörpern (Absorptionskante, Halbleiter, Dotierung)
3 Inhalt 2. Grenzflächen 2.1 Wieviel ist Grenzfläche? 2.2 Thermodynamische Betrachtung (Grenzflächenenergie, Anisotropie) 2.3 Adsorptionsmechanismen (Druck und Temperatur, Physisorption, Chemisorption) 2.4 Wachstumsprozesse (verschiedene Modi, Energiebetrachtung, Epitaxie) 2.5 Heterogene Katalyse (active sites, Gifte, Vulkankurve, Haber-Bosch Prozess) 3. Flüssigkeiten 3.1 Ordnung und Unordnung (von fest zu flüssig, Röntgenbeugung an Flüssigkeiten) 3.2 Flüssigkristalle (Isotropie und Anisotropie, smektisch und nematisch, LCD) 3.3 Gläser (Struktur, Erweichungsbereich) 4. Makromoleküle 4.1 Eigenschaften (Molmasse, Heterogenitätsindex, MALDI, Rayleigh-Streuung) 4.2 Strukturen (Polymere, Hierarchie, statistische Knäuel, Proteine, Potentialenergie) 4.3 Kolloide (Sol, Aerosol, Emulsion, Stabilisierung, Elektrische Doppelschicht)
4 Literatur Atkins, de Paula Physikalische Chemie Wiley Moore Physikalische Chemie de Gruyter Hoffmann Solids and Surfaces Wiley Außerdem: Physikalische Chemie, G. M. Barrow Polymer Physics, U. W. Gedde Einführung in die Festkörperphysik, K. Kopitzki
5 Konzept der Kristallstrukturen SEM Aufnahme Source: Moore, Physikalische Chemie
6 Source: Moore, Physikalische Chemie
7 Spezielle Kristallgitter Source: Kopitzki, Einführung in die Festkörperphysik
8 Dichte Kugelpackung Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie
9 Quasikristalle Source: Swedish Academy of Sciences
10 Abstände der Netzebenen in Kristallen Source: Moore, Physikalische Chemie
11 Diffraktometer Source: Polymer Physics, U. W. Gedde
12 DNA in Röntgenbeugung Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie
13 Röntgenkleinwinkelstreuung Source: Polymer Physics, U. W. Gedde
14 Beugung verschiedener Strahlungen Mittlere freie Weglänge von Elektronen G. A. Somorjai, Chemistry in two dimensions: Surfaces Henzler/Göpel: Oberflächenphysik des Festkörpers, Teubner
15 Zinkblendestruktur Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie
16 Kovalente Festkörper Diamant Graphit Carbon Nanotubes Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie
17 Elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie
18 Bildung von Energiebändern Quantenmechanische Berechnung der Orbitale bei Annäherung zweier Atome Source: Moore, Physikalische Chemie
19 Grenzflächen Source: Oberflächenphysik des Festkörpers, Henzler/Göpel
20 Freie Oberflächenenergie (von Blei) Zangwill: Physics at Surfaces, Cambridge
21 In welcher Form kristallisiert ein Festkörper? Wulff Konstruktion (1901) Freie Oberflächenenergien eines 2D Kristalls mit einer Fläche von 1 cm 2 : (a) Nur (10) Ebenen: 1000 ergs (=10-4 J) (b) Nur (11) Ebenen: 900 ergs (c) Kombination der beiden: 851 ergs Pb Kristall (Bildgröße 5 x 7 m 2 ) Zangwill: Physics at Surfaces, Cambridge Adamson/Gast: Physical Chemistry of Surfaces, Wiley
22 Physisorption und Chemisorption Henzler/Göpel: Oberflächenphysik des Festkörpers, Teubner
23 Wachstumsmodi Zangwill: Physics at surfaces, Cambridge
24 Hetergene Katalyse: Active sites und poisons Dissoziation von NO an Ru Stufenkanten Gold als poison G. Ertl: Reactions at Solid Surface, Wiley G. Ertl: Reactions at Solid Surface, Wiley
25 Chemisorption für verschiedene Oberflächenelemente Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie
26 Ammoniaksynthese durch heterogene Katalyse Haber-Bosch Prozess: N 2 + 3H 2 2NH 3 (Fe Katalysator) G. Ertl: Reactions at Solid Surface, Wiley
27 Beugung an Flüssigkeiten Source: Moore, Physikalische Chemie
28 Flüssigkristalle Source: Moore, Physikalische Chemie
29 Gläser Source: Moore, Physikalische Chemie
30 Makromoleküle Source: Atkins/de Paula, Physikalische Chemie
Achim Kittel. Energie- und Halbleiterforschung Fakultät 5, Institut für Physik Büro: W1A Tel.:
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